煤礦地質災害特征分析及預測措施研究

王志鋒

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

隨著煤礦事業的高速發展，越來越先進的開采技術運用于生產，煤礦開采深度也在不斷增加，在為煤礦企業帶來更多經濟效益的同時，也需要應對來自于地質條件的考驗。高瓦斯、高地壓、高地溫等潛在的風險，如果沒有及時實施預測措施，對地壓的沖擊、巷道圍巖的破壞都是煤礦企業無法承受的。為此，需要針對煤礦地質災害的特征，實施有針對性的預測措施。

1 地質災害的產生原因

1.1 斷層

煤礦整體的結構會受到斷層的影響，斷層也會導致煤礦回采量降低。如果斷層的落差小于礦層厚度，無法徹底切斷礦層；但一旦斷層落差大于礦層厚度，礦層就會被完全切斷[1]。在斷層的干擾與影響下，保護煤柱的重要性也在不斷提升。在煤礦回采環節，如果作用在斷層位置，會嚴重影響煤礦回采的效率，也容易引發相應的地質災害。

1.2 泥石流問題

由于煤礦施工環節的特殊性，發生泥石流等災害的概率相對較高，而礦井施工的安全性也會受到影響。煤礦開采人員在作業中的生命安全得不到有效保障。如果泥石流規模相對較大，不僅會影響煤礦開采施工，也會對周邊居民的生活產生影響，甚至會破壞自然環境。由于各個區域地質結構的差異性，并不是所有的地質結構都能夠支撐煤礦施工作業，如果沒有第一時間排出施工產生的廢棄物，也在無形中為煤礦施工作業帶來風險與隱患，這也是出現泥石流事故的主要原因。為此，需要相關領導者與政府部門加強重視，用完善的規劃確保煤礦施工整體的安全性[2]。

1.3 導水斷層

斷層突水往往伴隨著導水斷層出現，煤礦開采整體的安全性也受到威脅與挑戰。不同于其他斷層形式，地下水會通過導水斷層流動，在煤礦施工時引發突水事故，威脅施工人員的生命安全，降低煤礦開采作業的整體效率。

2 煤礦地質災害特征

2.1 沖擊地壓

在煤礦開采作業階段，脆性煤巖體出現變形，進而導致煤礦圍巖強烈振動，該現象被稱為沖擊地壓。煤礦開采作業到達一定深度時，在垂直位置上也會產生更大的應力，這些應力集中在煤礦巷道及相應作業面上，導致巷道圍巖逐漸變形，甚至出現裂紋，巷道整體穩定性大幅降低。相較于其他地質災害形式，沖擊地壓以其較強的破壞性、突發性為主要特征，是一種積攢的高能量瞬間釋放的地質災害形式[3]。

2.2 瓦斯突出

瓦斯作為煤礦開采離不開的氣體，瓦斯突出與煤礦開采人員的健康安全息息相關，在煤層縫隙中存在大量的瓦斯氣體，這些瓦斯氣體伴隨著煤礦開采，逐漸從煤層間隙中游離出來，進而威脅開采人員的健康安全。在當前階段，雖然我們嘗試運用各種措施控制瓦斯突出風險，但仍然會出現一系列瓦斯泄漏導致人員傷亡的事故，這是由于人為因素、自然因素等對瓦斯泄漏的影響較大。需要采取具體的地質災害防治手段，提前做好預防工作，才能保障煤礦開采的安全性，避免出現瓦斯突出事故。

2.3 礦井突水

礦井突水也是煤礦開采環節頻繁出現的地質災害類型，礦井突水導致煤礦開采生產斷斷續續。礦井突水的規模較小，煤礦開采作業不得不推遲開展，煤礦企業整體的經濟效益降低；大規模的礦井突水則對整體礦井的運作都會產生影響，嚴重時無法開展作業。涌水量過高是礦井突水的主要特征，并且礦井突水往往伴隨著其他地質災害。如，山西太原1996 年的礦井突水事故，過高的涌水量帶來了泥石流，導致大批采煤工人受困。

2.4 頂板災害

隨著煤礦回采作業的推進，煤礦內部的三向應力失衡，自身重應力作用于頂板巖層，到達一定程度后容易出現裂紋、離層等一系列問題。如果頂板巖層承受的應力超出最大限度，就一定會出現頂板災害。因此，必須做好頂板巖層的支撐保護，用錨桿、錨網及金屬網進行頂板支護。

2.5 閉坑后地質災害

閉坑后地質災害一般是一些閉坑后出現的難以預見的地質災害類型。地質災害采取常規防治手段，具有一定的隱蔽性，且時效性較差，所以礦井閉坑后可能會存在一些風險、短板。常見的閉坑后地質災害包括兩個類型，一種是山體崩塌，該類型的災害主要發生在露天煤礦開采之后，在山體周邊、區域內形成的崩塌類型災害。另外一種是由于閉坑后下部應力集中而出現的山體開裂、崩塌等類型的地質災害，該類型的地質災害受到地面影響，逐步擴展到山體的外部，進而影響更大范圍的生態環境。由于閉坑后的地質災害普遍具有滯后性的特征，所以如果不在開采過程中做好管理，往往會形成嚴重的后期風險隱患，也會對本地的生態環境產生不可逆的影響[3]。

3 煤礦地質災害預測方法

3.1 沖擊地壓預測

一般情況下，預測沖擊地壓的主要方式是分析制定煤層發生沖擊地壓的概率，采取的預測方法主要有鉆屑法及地球物理監測法兩種。鉆屑法通過煤層鉆孔的形式，根據排出的煤粉量判斷沖擊地壓出現的概率；而地球物理監測法借助地音監測及微震監測技術，收集檢測設備返回的信號，進而判斷沖擊地壓的危險性。如表1所示，借助鉆屑法的輔助，結合獲取到的檢測數據，對工作面出現沖擊地壓的指標做出了分析[4]。

表1 鉆屑法預測沖擊地壓指標

3.2 瓦斯突出預測

礦山統計法與分源預測法是解決瓦斯突出問題的主要方式。礦山統計法借助數理統計基礎開展分析，該方式較為傳統，實際運用也存在較多的限制，對煤礦礦井的地質情況也有所要求；而分源預測法通過研究煤層瓦斯含量的具體參數，預測發生事故的概率，運用更為靈活方便，也是當前階段主要的瓦斯突出預測方法，對工作面瓦斯涌出量的預測更加合理，具體的預測原理參照圖1。

圖1 礦井瓦斯涌出關系

結合圖1 所示內容不難看出，生產采取掘進、采空區及回采工作面，是礦井瓦斯最主要的來源。因此，通過高位鉆孔抽放、尾巷抽采解決生產采取的瓦斯問題；用埋管方法治理采空區瓦斯。

3.3 礦井突水預測

結合今年來的礦井突水治理實際案例，我們會發現物探技術和地質雷達探測技術，對富水異常區的探測效果更加明顯，利用鉆孔技術加以驗證，也能有效保障檢測的精準度。鉆孔技術在實施環節，需要根據煤礦異常區的位置、對應的巷道掘進方向等因素，確定鉆孔的具體數量。一般情況下，鉆孔數量在2個以上，鉆孔之間的距離大于30cm，傾角范圍在-10°～20°之間。而確定鉆孔超探距離，則需要依照公式（1）進行計算。

式中：l——巷道的具體寬度；

k——礦井的安全系數；

p——巷道底板承受的水壓；

Kp——煤的抗拉強度[5]。

鉆孔注漿加固技術固然對區域超前防治水有明顯的效果及作用，但最核心的仍然是巷道地板鉆孔，在疏水降壓的同時開展注漿加固作業。針對煤礦巷道斷層等問題，通過注漿加固的形式處理導水裂隙帶出水問題，防止煤礦工作面出現涌水。

3.4 頂板災害預測

煤礦頂板的冒頂、切頂都嚴重危害著采煤人員的安全。在實踐工作中發現，增設支架荷載檢測、頂底板移近量檢測等措施，對頂板災害的預防有明顯作用。合理的監測在第一時間找出不利因素，用有效的預防措施，將安全隱患扼殺在搖籃里，確保煤礦開采的整體安全性。

4 煤礦地質災害防治措施

4.1 制訂科學防治計劃

在煤礦開采施工之前，必須規劃好整體的地質災害防治措施，才能確保煤礦開采的有序推進，取得更理想的開采效果。對煤礦企業而言，科學完善的防治計劃，能夠有效降低煤礦出現地質災害的可能性，即使在發生地質災害的情況下，也能降低造成的破壞與損失。由于成本、經濟等因素的影響，部分煤礦企業會選擇傳統的開采技術，雖然成本相對較低，但也在無形中提高了發生地質災害的概率。雖然傳統的開采技術對工作人員的要求較低，但也產生了安全方面的問題與風險。為此，需要設計好完善的防治計劃，在兼顧煤礦企業生產效率與經濟效益的同時，針對各種地質災害采取針對性的防治措施，滿足煤礦企業生產與發展的基本需求。

4.2 選擇合適的瓦斯濃度管理模式

瓦斯濃度超標是煤礦開采發生最頻繁的問題之一，一旦瓦斯濃度超出標準，就容易發生安全事故，為此需要選擇合適的瓦斯濃度管理模式。需要做好瓦斯濃度的預警工作[6]。在實際工作中瓦斯抽取采樣的成本不高，只需要做好相應管理與規劃，就能及時避免安全事故的發生，對煤礦企業而言也有助于長遠發展。此外，通過先進的技術和管理手段，及時檢測煤礦的瓦斯濃度，在瓦斯濃度到達一定指標時，第一時間發出報警命令，必要時需要停止開采作業，防止由于瓦斯濃度超標導致出現中毒、爆炸等安全事故。

4.3 營造良好的通風環境

防治煤礦地質災害的重要途徑，是改善礦井的通風條件，管理好礦井內部的氣體，確保煤礦有良好的通風環境。合理的通風系統，讓礦井內部的氧氣濃度維持在合適的標準，也能有效控制好礦井內部的瓦斯濃度。由于開采人員的身體健康也會受到礦井氣體的影響，因此需要根據國家相關的技術與行業標準，關注通風系統的檢修工作，提高通風系統的建設質量。定期管理與維修礦井的通風設施，根據煤礦開采地點，優化改善井下通風程度，才能有效防治煤礦地質災害。

4.4 做好地質調研與應急預案管理

進一步做好地質調研與應急預案管理也是煤礦地質災害防治的可靠途徑。一般來說，煤礦地質災害的出現都與本地的礦井生產環境、結構特征密切相關。大部分的煤礦地質災害在發生之前都可以結合上述特征進行合理的預測。通過構建應急管理機制，一方面可以為管理者提供安全方面的意識培訓，提升安全管理風險意識，另外一方面有助于實施科學防范，即使發生煤礦地質災害，也可以第一時間啟動應急預案，確保生產的可持續。

5 結束語

作為我國最主要的消費能源，針對煤礦地質災害的主要類型及特征，采取有效的預測與防治措施，降低發生地質災害的概率，保障開采人員的生命安全，進而推動煤礦企業、煤礦事業的可持續發展。